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基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-展示頁

2025-07-03 15:55本頁面
  

【正文】 助,在此表示我最誠(chéng)摯的謝意。參考文獻(xiàn)[1] 李廣弟,朱月秀,王秀山.《單片機(jī)基礎(chǔ)》北京航空航天大學(xué)出版社,2001(07).[2] 蔡美琴,張為民等.《MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用》高等教育出版社,2004(06).[3] 張毅剛,[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1997.[4] 劉瑞星,胡健等.《Protel DXP 實(shí)用教程》機(jī)械工業(yè)出版社,2003(04).[5] 于海生. 《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》 機(jī)械工業(yè)出版社 2007(05).[6] 譚浩強(qiáng). 《C程序設(shè)計(jì)》 清華大學(xué)出版社.[7] 康華光. 《電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分》 高等教育出版社 1998(08).[8] 余錫存. 《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》 西安電子科技大學(xué)出版社,2003.致謝本論文是在我的指導(dǎo)老師密切關(guān)心和悉心指導(dǎo)下完成的。實(shí)踐過程中我們遇到了一些困難,但在解決問題的過程中,我們學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)合作精神和怎樣發(fā)現(xiàn)問題、分析問題,進(jìn)而解決問題。程序流程圖如圖14。圖12 溫度轉(zhuǎn)換流程圖(三)計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算,并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定,其程序流程圖如圖13所示。圖11 讀溫度流程圖 (二)按鍵處理子程序 按鍵處理子程序主要是負(fù)責(zé)參數(shù)的設(shè)置,主程序每循環(huán)一次都要對(duì)按鍵進(jìn)行掃描,判斷是否有輸入鍵按下則進(jìn)行一系列的按鍵輸入操作。開始初始化啟動(dòng)DB18B20讀溫度計(jì)算溫度LCD顯示圖10系統(tǒng)程序流程圖(一)計(jì)算溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能包括初始化,判斷DS18B20是否存在,若存在則進(jìn)行一系列的讀操,作若不存在則返回。主程序?qū)δK進(jìn)行初始化,而后調(diào)用讀溫度、處理溫度、顯示、鍵盤等模塊。15%的范圍內(nèi);可以用僅80μA的待機(jī)電流,實(shí)現(xiàn)外部斷電;具有自我保護(hù)電路(一個(gè)兩級(jí)降頻限流保護(hù)和一個(gè)在異常情況下斷電的過溫完全保護(hù)電路)在該溫度控制系統(tǒng)中,其電源電路設(shè)計(jì)如下圖10所示。 該器件還有其他一些特點(diǎn):在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下,輸出電壓的誤差可以保證在177。圖4 溫度傳感器接口(五)系統(tǒng)電源電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用電源穩(wěn)壓芯片是LM2596,該開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路,能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流,輸入電壓是+5v,輸入電壓是+24v,同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。另一種是外部供電方式(VDD接+5V),相應(yīng)的完成溫度測(cè)量的時(shí)間較短。DS18B20有兩種供電方式:一種為數(shù)據(jù)線供電方式,此時(shí)VDD接地,它是通過內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量,來完成溫度轉(zhuǎn)換,相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長(zhǎng)。同時(shí)因?yàn)镈S18B20是全數(shù)字元器件,故障率很低,抗干擾性強(qiáng),因此,減少了系統(tǒng)的日常維護(hù)工作。(3)系統(tǒng)復(fù)雜度:由于DS18B20是單總線器件,微處理器與其接口時(shí)僅需占用1個(gè)I/O端口且一條總線上可以掛接幾十個(gè)DS18B20,測(cè)溫時(shí)無需任何外部元件,因此,與模擬傳感器相比,可以大大減少接線的數(shù)量,降低系統(tǒng)的復(fù)雜度,減少工程的施工量。(2)系統(tǒng)成本:由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展,新型大規(guī)模集成電路功能越來越強(qiáng)大,體積越來越小,而價(jià)格也越來越低。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上。(四)溫度傳感器電路采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20來作為本課題的溫度傳感器。它為雙功能口,可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口,也可以將每1位用于第2功能,而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí),P2口接收輸入的8位地址。(C).P2口(21腳~28腳):~,一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。對(duì)于MCS—52子系列單片機(jī),:;。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī),當(dāng)EPROM編程時(shí),從P0口輸入指令字節(jié),而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí),則輸出指令字節(jié)。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí),P0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。 (4)輸入/輸出(I/O)引腳P0口、P1口、P2口及P3口(A).P0口(39腳~22腳):~。當(dāng)EA端保持低電平時(shí),無論片內(nèi)有無程序存儲(chǔ)器,均只訪問外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)EA端保持高電平時(shí),單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器4KB(MS—52子系列為8KB)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間,PESN信號(hào)將不出現(xiàn)。(B).ALE/ P (30腳):當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),ALE(允許地址鎖存信號(hào))以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出,用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低(C).PSEN(29腳):片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí),該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平,就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作,使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。(3)控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳 控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí),對(duì)于HMOS單片機(jī),該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。XTAL2(18腳):接外部晶體的另一端。(2)外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1(19腳):接外部石英晶體的一端。下面按引腳功能分為4個(gè)部分?jǐn)⑹鰝€(gè)引腳的功能。 對(duì)于雙字節(jié)單機(jī)器指令,通常是在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲(chǔ)器中讀人兩個(gè)字節(jié),但Movx指令例外,Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單字節(jié)雙機(jī)器周期指令,在執(zhí)行Movx指令期間,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被訪問且被選通時(shí)跳過兩次取指操作。在加結(jié)束時(shí)完成指令操作。如果是雙字節(jié)指令,則在同一機(jī)器周期的s4讀人第二字節(jié)。若采用12MHz的晶體振蕩器,則每個(gè)機(jī)器周期為1us,每個(gè)狀態(tài)周期為1/6us;在一數(shù)情況下,算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在N期間,而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。 STC89C52單片機(jī)的一個(gè)執(zhí)器周期由6個(gè)狀態(tài)(s1—s6)組成,每個(gè)狀態(tài)又持續(xù)2個(gè)震蕩周期,分為P1和P2兩個(gè)節(jié)拍。最高允許振蕩頻率是12MHZ。STC89C52單片機(jī)是深圳宏晶科技有限公司生產(chǎn)的一種單片機(jī),在一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分。圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架(二)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路在課題設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,控制核心是STC89C52單片機(jī),該單片機(jī)為51系列增強(qiáng)型8位單片機(jī),它有32個(gè)I/O口,片內(nèi)含4K FLASH工藝的程序存儲(chǔ)器,便于用電的方式瞬間擦除和改寫,而且價(jià)格便宜,其外部晶振為12MHz,一個(gè)指令周期為1μS。該控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)并記錄當(dāng)前的時(shí)間。通過該課程的學(xué)習(xí)使我們對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有一個(gè)全面的了解、掌握常規(guī)控制算法的使用方法、掌握簡(jiǎn)單微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬的設(shè)計(jì)方法,進(jìn)一步鍛煉同學(xué)們?cè)谖⑿陀?jì)算機(jī)應(yīng)用方面的實(shí)際工作能力。所有溫度數(shù)據(jù)均通過液晶顯示器LCD顯示出來。本文采用單片機(jī)STC89C52設(shè)計(jì)了溫度實(shí)時(shí)測(cè)量及控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)就是基于單片機(jī)STC89C52溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),通過本次課程實(shí)踐,我們更加的明確了單片機(jī)的廣泛用途和使用方法,以及其工作的原理。畢業(yè)論文設(shè)計(jì)基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄一、引言 4(一)課題研究的背景 4(二)課題研究的目的和意義 5二、硬件電路的設(shè)計(jì) 5(一)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的框架 5(二)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 6(三)單片機(jī)的選型 6 6 7 7(四)溫度傳感器電路 9(五)系統(tǒng)電源電路的設(shè)計(jì) 10(六)LCD顯示電路 11(七)串口通訊電路 12(八)按鍵接口電路 13(九)DS1302時(shí)鐘電路 13(十)存儲(chǔ)器接口電路 13三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14(一)計(jì)算溫度子程序 15(二)按鍵處理子程序 15(三)計(jì)算溫度子程序 16(四)顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 17四、結(jié)束語 18參考文獻(xiàn) 19致謝 20附件1:系統(tǒng)原理圖 21附件2:系統(tǒng)相關(guān)程序 22一、DS18B20底層驅(qū)動(dòng)程序 22二、DS1302時(shí)鐘底層驅(qū)動(dòng)程序 27三、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)底層驅(qū)動(dòng)程序 33一、引言(一)課題研究的背景工業(yè)控制是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)正是為了適應(yīng)這一領(lǐng)域的需要而發(fā)展起來的一門專業(yè)技術(shù),它主要研究如何將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通過信息技術(shù)和自動(dòng)控制理論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程,并設(shè)計(jì)出所需要的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。隨著微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用,以單片機(jī)為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對(duì)溫度的控制水平。(二)課題研究的目的和意義隨著社會(huì)的發(fā)展,溫度的測(cè)量及控制變得越來越重要。單片機(jī)STC89C52 能夠根據(jù)溫度傳感器DS18B20 所采集的溫度在液晶屏上實(shí)時(shí)顯示,通過控制從而把溫度控制在設(shè)定的范圍之內(nèi)。系統(tǒng)可以根據(jù)時(shí)鐘存儲(chǔ)相關(guān)的數(shù)據(jù)。二、硬件電路的設(shè)計(jì)(一)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的框架本課題設(shè)計(jì)的是一種以STC89C52單片機(jī)為主控制單元,以DS18B20為溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)。其主要包括:電源模塊、溫度采集模塊、按鍵處理模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、LCD顯示模塊、通訊模塊以及單片機(jī)最小系統(tǒng)。使用該單片機(jī)完全可以完成設(shè)計(jì)任務(wù),其最小系統(tǒng)主要包括:復(fù)位電路、震蕩電路以及存儲(chǔ)器選擇模式(EA腳的高低電平選擇),電路如下圖2所示:圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)(三)單片機(jī)的選型本課題設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)主控制芯片選型為STC89C52單片機(jī),其特點(diǎn)如下:目前,51系列單片機(jī)在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用,因此我們可以在許多單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中,配接各種類型的語音接口,構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng),以增強(qiáng)人機(jī)對(duì)話的功能。每一個(gè)單片機(jī)包括:一個(gè)8位的微型處理器CPU;一個(gè)512K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM;4K片內(nèi)程序存儲(chǔ)器;四個(gè)8位并行的I/O接口P0P3,每個(gè)接口既可以輸入,也可以輸出;兩個(gè)定時(shí)器/記數(shù)器;五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng);一個(gè)全雙工UART的串行I/O口;片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路,但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。以上各個(gè)部分通過內(nèi)部總線相連接。這樣,一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振蕩周期組成。對(duì)于單周期指令,當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時(shí),使從S1P2開始執(zhí)行指令。若為單字節(jié)指令,則在51期間仍進(jìn)行讀,但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略,且程序計(jì)數(shù)據(jù)也不加1。多數(shù)STC89C52指令周期為1—2個(gè)機(jī)器周期,只有乘法和除法指令需要兩個(gè)以上機(jī)器周期的指令,它們需4個(gè)機(jī)器周期。STC89C52單片機(jī)的40個(gè)引腳中有2個(gè)專用于主電源引腳,2個(gè)外接晶振的引腳,4個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳,以及32條輸入輸出I/O引腳。(1)電源引腳Vcc和VssVcc(40腳):接+5V電源正端;Vss(20腳):接+5V電源正端。在單片機(jī)內(nèi)部,它是一個(gè)反相放大器的輸入端,這個(gè)放大器構(gòu)成采用外部時(shí)鐘時(shí),對(duì)于HMOS單片機(jī),該引腳接地;對(duì)于CHOMS單片機(jī),該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。在單片機(jī)內(nèi)部,接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。對(duì)于CHMOS芯片,該引腳懸空不接。(A).RST/VPD(9腳):RST即為RESET,VPD為備用電源,所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)VCC發(fā)生故障,降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí),該引腳可接上備用電源VPD(+5V)為內(nèi)部RAM供電,以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間,每個(gè)機(jī)器周期PESN兩次有效,以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。(D).EA/Vpp(31腳):EA為訪問外部程序儲(chǔ)器控制信號(hào),低電平有效。若超出該范圍時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī),在EPROM編程期間,該引腳用于接21V的編程電源Vpp。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí),它可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出接口。它分時(shí)提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。(B).P1口(1腳~8腳):~,可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí),P0口接收輸入的低8位地址。當(dāng)接有外部
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